CN114248909A - 一种飞机操控杆的负载反馈控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种飞机操控杆的负载反馈控制方法，包括在一个伺服闭环周期内，确定原始期望速度，伺服控制系统输入原始期望速度指令以控制操纵杆运动到原始位置形成位置闭环；当操纵杆受到作用力运动时，将所述作用力通过力位转换算法转换为位置修正量，将所述位置修正量补偿到所述原始位置作为期望位置指令，在下一伺服闭环周期时发送所述期望位置指令；所述伺服控制系统根据所述期望位置指令获取调控期望速度，操纵杆依照所述调控期望速度运动至更新期望位置。本发明将力矩反馈转化为位置反馈，实现了操作杆主动反馈飞机飞行状态，解决了传统方法的力矩闭环所引起的系统不稳定与控制精度降低的问题。

Description

一种飞机操控杆的负载反馈控制方法
技术领域
本发明涉及闭环控制技术领域，具体涉及一种飞机操控杆的负载反馈控制方法。
背景技术
弹簧加载的被动驾驶杆系统通常被用于飞机的人感系统，具有结构简单、安装方便、操作稳定的优势，但由于驾驶杆力与杆位移间呈线性比例关系，无法反映飞机的飞行状态，降低飞机的飞行品质和操纵品质。为了避免这种缺点，主动驾驶杆系统应运而生。这种驾驶杆系统与飞行控制系统构成了闭环回路，使得飞行员可以通过驾驶杆手柄上的力准确地判断出飞机的飞行状态，从而提高飞机的操纵特性和飞行品质。
由于飞机操纵杆和飞机受控面之间没有机械连接，飞行员操纵时难以直接感受飞机受控运动后的反作用力，使飞行员“感觉匮乏”，因此可能会造成操纵过快、过量或者难以及时进行修正。为了弥补“感觉匮乏”的不足，传统主动侧杆技术通过设置伺服电机为力矩模式，通过力矩传感器实施力矩闭环实现飞机飞行状态的反馈。然而，该方法使得系统不稳定，且控制精度降低，侧杆转动越大导致控制精度越不稳定。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的问题是提供一种飞机操控杆的负载反馈控制方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种飞机操控杆的负载反馈控制方法，包括以下步骤：
S1：在一个伺服闭环周期内，确定原始期望速度，伺服控制系统输入原始期望速度指令以控制操纵杆运动到原始位置形成位置闭环；
S2：当操纵杆受到作用力运动时，将所述作用力通过力位转换算法转换为位置修正量，将所述位置修正量补偿到所述原始位置作为期望位置指令，在下一伺服闭环周期时发送所述期望位置指令；
S3：所述伺服控制系统根据所述期望位置指令获取调控期望速度，操纵杆依照所述调控期望速度运动至更新期望位置。
在本发明中，优选地，所述力位转换算法的表达式为
Figure BDA0003447520860000021
其中，f表示作用力，Δx表示位置修正量，f0表示临界修正力的绝对值。
在本发明中，优选地，所述确定原始期望速度具体包括以下步骤：
S11：输入操纵杆的期望位置；
S12：电机通过编码器反馈获得操纵杆的实际位置；
S13：将所述操纵杆的期望位置与所述操纵杆的实际位置进行比较，作差得到第一跟随误差，所述第一跟随误差为所述原始期望速度。
在本发明中，优选地，所述获取调控期望速度具体包括以下步骤：
S31：电机通过编码器反馈获得操纵杆的当前位置；
S32：将所述期望位置指令与所述当前位置进行比较，作差得到第二跟随误差，将所述第二跟随误差作为所述调控期望速度。
在本发明中，优选地，S2中所述作用力通过力矩传感器测量得到。
在本发明中，优选地，所述伺服控制系统包括控制器、驱动器、电机、编码器和力位转换单元，所述控制器用于向所述驱动器发送原始期望速度指令，所述电机通过所述编码器获取操纵杆的实际位置，通过力矩传感器检测操纵杆受到的作用力，经由力位转换单元依照力位转换算法将所述作用力转换为位置修正量进而得到期望位置指令，再通过所述控制器接收并根据所述期望位置指令输出调控期望速度，以使操纵杆依照所述调控期望速度运动至更新期望位置。
在本发明中，优选地，所述控制器与所述力位转换单元之间设有减法器。
在本发明中，优选地，所述力位转换单元与所述控制器之间设有加法器。
本发明具有的优点和积极效果是：本发明通过将操纵杆受到的作用力通过力位转换算法转换为位置修正量，通过位置修正量对原始位置进行补偿得到期望位置指令，这种方法能够将传统的力矩反馈转化为位置反馈，能够通过主动控制驱动电机就能带动操纵杆运动，实现了操作杆主动反馈飞机飞行状态，解决了传统方法的力矩闭环所引起的系统不稳定与控制精度降低的问题。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的一种飞机操控杆的负载反馈控制方法的原理框图；
图2是本发明的一种飞机操控杆的负载反馈控制方法的力位转换算法的曲线图；
图3是本发明的一种飞机操控杆的负载反馈控制方法的流程示意图；
图4是本发明的一种飞机操控杆的负载反馈控制方法的确定原始期望速度的流程示意图；
图5是本发明的一种飞机操控杆的负载反馈控制方法的获取调控期望速度的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图3所示，本发明提供一种飞机操控杆的负载反馈控制方法，包括以下步骤：
S1：在一个伺服闭环周期内，确定原始期望速度，伺服控制系统输入原始期望速度指令以控制操纵杆运动到原始位置形成位置闭环；
S2：当操纵杆受到作用力运动时，将作用力通过力位转换算法转换为位置修正量，将位置修正量补偿到原始位置作为期望位置指令，在下一伺服闭环周期时发送期望位置指令；
S3：伺服控制系统根据期望位置指令获取调控期望速度，操纵杆依照调控期望速度运动至更新期望位置。
如图2所示，在本实施例中，进一步地，力位转换算法的表达式为
Figure BDA0003447520860000051
其中，f表示作用力，Δx表示位置修正量，f0表示临界修正力的绝对值。
如图4所示，在本实施例中，进一步地，确定原始期望速度具体包括以下步骤：
S11：输入操纵杆的期望位置；
S12：电机通过编码器反馈获得操纵杆的实际位置；
S13：将操纵杆的期望位置与操纵杆的实际位置进行比较，作差得到第一跟随误差，第一跟随误差为原始期望速度。
如图5所示，在本实施例中，进一步地，获取调控期望速度具体包括以下步骤：
S31：电机通过编码器反馈获得操纵杆的当前位置；
S32：将期望位置指令与当前位置进行比较，作差得到第二跟随误差，将第二跟随误差作为调控期望速度。
在本实施例中，进一步地，S2中作用力通过力矩传感器测量得到。
如图1所示，在本实施例中，进一步地，伺服控制系统包括控制器、驱动器、电机、编码器和力位转换单元，控制器用于向驱动器发送原始期望速度指令，电机通过编码器获取操纵杆的实际位置，通过力矩传感器检测操纵杆受到的作用力，经由力位转换单元依照力位转换算法将作用力转换为位置修正量进而得到期望位置指令，再通过控制器接收并根据期望位置指令输出调控期望速度，以使操纵杆依照调控期望速度运动至更新期望位置。
在本实施例中，进一步地，控制器与力位转换单元之间设有减法器。
在本实施例中，进一步地，力位转换单元与控制器之间设有加法器。
本发明的工作原理和工作过程如下：首先，在一个伺服闭环周期内，确定原始期望速度，具体来说确定原始期望速度的过程为输入操纵杆的期望位置，电机通过编码器反馈获得操纵杆的实际位置，然后将操纵杆的期望位置与操纵杆的实际位置进行比较，作差得到第一跟随误差，将第一跟随误差作为原始期望速度，将原始期望速度指令发送到驱动器，通过驱动器使得驱动电机转动以控制操纵杆运动到原始位置形成位置闭环，保持该状态不动；伺服控制系统设有力矩传感器，力矩传感器用于检测操纵杆的受到的作用力，当飞行员推动操纵杆转动时，也就是是操纵杆受到外部作用力运动时，力矩传感器将采集到该作用力，然后力位转换单元依照力位转换算法将作用力转换为位置修正量，力位转换算法的表达式为：
Figure BDA0003447520860000061
如图2所示，式中，f表示作用力，Δx表示位置修正量，f0表示临界修正力的绝对值，当f满足f＞f0条件时，位置修正量为
Figure BDA0003447520860000062
当f满足f＜-f0条件时，位置修正量为
Figure BDA0003447520860000063
当f满足-f0≤f≤f0条件时，认为操纵杆受到的作用力较小，位置修正值为零，不做修正；将位置修正量补偿到原始位置作为期望位置指令，在下一伺服闭环周期时发送期望位置指令，接下来伺服控制系统根据期望位置指令获取调控期望速度，获取调控期望速度的过程为：电机通过编码器反馈获得操纵杆的当前位置；将期望位置指令与当前位置进行比较，作差得到第二跟随误差，将第二跟随误差作为调控期望速度，将该调控期望速度发送给驱动器，通过驱动器带动驱动电机转动，以使操纵杆依照调控期望速度运动至更新期望位置，从而实现飞机受控运动后的反作用力的效果，依托于力位转换算法能够将操纵杆作用力转变成位置修正量，通过更改位置控制模式下的电机的期望位置就能够实现通过主动控制驱动电机就能带动操纵杆运动，达到根据操纵杆作用力主动反馈的效果，能够有效改善传统力矩控制方法在保证系统稳定性和控制精度上的不足之处，能够更加便捷、简单地实现操纵杆作用力与位移间的作用效果。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (8)

1.一种飞机操控杆的负载反馈控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在一个伺服闭环周期内，确定原始期望速度，伺服控制系统输入原始期望速度指令以控制操纵杆运动到原始位置形成位置闭环；
S2：当操纵杆受到作用力运动时，将所述作用力通过力位转换算法转换为位置修正量，将所述位置修正量补偿到所述原始位置作为期望位置指令，在下一伺服闭环周期时发送所述期望位置指令；
S3：所述伺服控制系统根据所述期望位置指令获取调控期望速度，操纵杆依照所述调控期望速度运动至更新期望位置。
2.根据权利要求1所述的一种飞机操控杆的负载反馈控制方法，其特征在于，所述力位转换算法的表达式为
Figure FDA0003447520850000011
其中，f表示作用力，Δx表示位置修正量，f0表示临界修正力的绝对值。
3.根据权利要求1所述的一种飞机操控杆的负载反馈控制方法，其特征在于，所述确定原始期望速度具体包括以下步骤：
S11：输入操纵杆的期望位置；
S12：电机通过编码器反馈获得操纵杆的实际位置；
S13：将所述操纵杆的期望位置与所述操纵杆的实际位置进行比较，作差得到第一跟随误差，所述第一跟随误差为所述原始期望速度。
4.根据权利要求1所述的一种飞机操控杆的负载反馈控制方法，其特征在于，所述获取调控期望速度具体包括以下步骤：
S31：电机通过编码器反馈获得操纵杆的当前位置；
S32：将所述期望位置指令与所述当前位置进行比较，作差得到第二跟随误差，将所述第二跟随误差作为所述调控期望速度。
5.根据权利要求1所述的一种飞机操控杆的负载反馈控制方法，其特征在于，S2中所述作用力通过力矩传感器测量得到。
6.根据权利要求1所述的一种飞机操控杆的负载反馈控制方法，其特征在于，所述伺服控制系统包括控制器、驱动器、电机、编码器和力位转换单元，所述控制器用于向所述驱动器发送原始期望速度指令，所述电机通过所述编码器获取操纵杆的实际位置，通过力矩传感器检测操纵杆受到的作用力，经由力位转换单元依照力位转换算法将所述作用力转换为位置修正量进而得到期望位置指令，再通过所述控制器接收并根据所述期望位置指令输出调控期望速度，以使操纵杆依照所述调控期望速度运动至更新期望位置。
7.根据权利要求6所述的一种飞机操控杆的负载反馈控制方法，其特征在于，所述控制器与所述力位转换单元之间设有减法器。
8.根据权利要求6所述的一种飞机操控杆的负载反馈控制方法，其特征在于，所述力位转换单元与所述控制器之间设有加法器。
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